基于RFID和紅外線技術(shù)的變電站智能門禁系統(tǒng)

趙希洋 鄒洪森 唐鑫 王思 吳昊

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司）

基于RFID和紅外線技術(shù)的變電站智能門禁系統(tǒng)

趙希洋 鄒洪森 唐鑫 王思 吳昊

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司）

針對(duì)變電站作業(yè)人員在進(jìn)出小室時(shí)違反安全規(guī)定的情況，提出了將RFID技術(shù)和紅外線技術(shù)結(jié)合起來(lái)建立門禁系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了該門禁系統(tǒng)的基本原理和架構(gòu)，對(duì)提高變電站安全生產(chǎn)管理水平有一定的積極作用。

RFID ；紅外線格柵；門禁

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力需求的不斷增加，各省市電網(wǎng)公司所建設(shè)、運(yùn)維的變電站越來(lái)越多，對(duì)變電站一、二次設(shè)備的維護(hù)和維修工作也大量增加。為了保障作業(yè)人員的人身安全，電力行業(yè)規(guī)定進(jìn)出作業(yè)區(qū)域的人員必須正確佩戴安全帽、穿絕緣鞋。繼電保護(hù)在小室相對(duì)室外生產(chǎn)區(qū)域封閉，各類作業(yè)人員潛意識(shí)中認(rèn)為在小室內(nèi)工作會(huì)比較安全，從而導(dǎo)致忘記穿戴安全帽、絕緣鞋等勞動(dòng)保護(hù)用品。同時(shí)，運(yùn)維人員也無(wú)法時(shí)刻監(jiān)控作業(yè)人員的行為，上述原因?qū)е氯松韨κ鹿拾l(fā)生的幾率大大增加。現(xiàn)有的門禁系統(tǒng)主要采用人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、軟件跳碼等技術(shù)，只能判斷人員有無(wú)權(quán)限進(jìn)出，而無(wú)法判別人員進(jìn)出小室時(shí)是否穿戴安全帽、絕緣鞋，而視頻門禁裝置需要消耗運(yùn)維監(jiān)盤人員大量精力，亦無(wú)法滿足電力行業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)日趨嚴(yán)格的要求。

1 基本原理

1.1 RFID技術(shù)原理

RFID（ Radio Frequency Idntification，射頻識(shí)別）技術(shù)是一種無(wú)線識(shí)別技術(shù)，即通過(guò)無(wú)線電信號(hào)讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，達(dá)到識(shí)別特定目標(biāo)的目的。一套完整的RFID系統(tǒng)由閱讀器、電子標(biāo)簽和應(yīng)用軟件三部分組成?；竟ぷ髟恚洪喿x器發(fā)出的射頻信號(hào)形成某一電磁場(chǎng)，電子標(biāo)簽進(jìn)入電磁場(chǎng)后憑借感應(yīng)電流所獲得的能量，發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的信息（被動(dòng)式標(biāo)簽），或由電子標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（主動(dòng)式標(biāo)簽），閱讀器讀取信息并按特定規(guī)則解碼后，送至應(yīng)用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

RFID技術(shù)具有識(shí)別速度快、能夠同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽、數(shù)據(jù)容量大、有效識(shí)別距離可達(dá)30m以上、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品安全、電子溯源、產(chǎn)品防偽等多個(gè)領(lǐng)域。

1.2 紅外線格柵技術(shù)原理

紅外線格柵一側(cè)安裝有若干個(gè)紅外發(fā)射管，另一側(cè)同樣排列著紅外接收管，每一個(gè)紅外發(fā)射管都對(duì)應(yīng)有一個(gè)相應(yīng)的紅外接收管，并處在同一條直線上。當(dāng)紅外發(fā)射管、紅外接收管之間沒(méi)有障礙物時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)出的光信號(hào)能順利到達(dá)紅外接收管。紅外接收管接收到調(diào)制信號(hào)后，相應(yīng)的內(nèi)部電路輸出低電平；而在有障礙物的情況下，紅外發(fā)射管發(fā)出的光信號(hào)不能順利到達(dá)紅外接收管，這時(shí)該紅外接收管接收不到調(diào)制信號(hào)，相應(yīng)的內(nèi)部電路輸出為高電平。當(dāng)格柵中沒(méi)有物體通過(guò)時(shí)，所有紅外發(fā)射管發(fā)出的調(diào)制信號(hào)（光信號(hào)）都能順利到達(dá)另一側(cè)的相應(yīng)紅外接收管，從而使內(nèi)部電路全部輸出低電平。這樣，通過(guò)對(duì)內(nèi)部電路狀態(tài)進(jìn)行分析就可以檢測(cè)到物體存在與否的信息。

2 智能門禁系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與原理

2.1 基本功能

1）實(shí)時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)判別作業(yè)人員的進(jìn)出方向，并記錄人員姓名、出入時(shí)間等。

2）判別作業(yè)人員是否穿戴安全帽、絕緣鞋，若人員未穿戴，則立即使用聲音、閃光等信號(hào)提醒該人員。

3）及時(shí)將判別結(jié)果上傳后臺(tái)，特別是人員未穿戴安全帽、絕緣鞋時(shí)，提示控制室監(jiān)盤人員通過(guò)視頻、廣播系統(tǒng)采取有效措施。

2.2 技術(shù)方案分析比較

（1）結(jié)合現(xiàn)有門禁裝置和RFID技術(shù)的監(jiān)測(cè)方案

利用RFID閱讀器讀取安全帽、絕緣鞋上的電子標(biāo)簽，結(jié)合現(xiàn)有門禁系統(tǒng)判別有無(wú)人員進(jìn)出繼電保護(hù)小室。當(dāng)人員通過(guò)門禁系統(tǒng)時(shí)，RFID閱讀器根據(jù)能否讀取到信息，來(lái)判斷該人員是否穿戴安全帽、絕緣鞋。

（2）采用圖像識(shí)別技術(shù)的監(jiān)測(cè)方案

利用高清攝像設(shè)備對(duì)進(jìn)出人員進(jìn)行圖像采集，并在專用軟件中進(jìn)行圖像識(shí)別，判別作業(yè)人員是否穿戴安全帽、絕緣鞋。

（3）基于RFID技術(shù)和紅外光柵探測(cè)器的監(jiān)測(cè)方案

當(dāng)人體阻擋紅外線時(shí)，紅外線接收器輸出電壓發(fā)生變化，判斷該門處有人員進(jìn)出；RFID天線讀取到預(yù)置于安全帽、絕緣鞋上的電子標(biāo)簽的信息，控制模塊將兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷進(jìn)出小室的人員是否穿戴安全帽、絕緣鞋。三種技術(shù)方案對(duì)比分析如下表所示。

表 三種技術(shù)方案分析比較

綜合上述分析，基于RFID技術(shù)和紅外光柵探測(cè)器的監(jiān)測(cè)方案開發(fā)難度小，能夠有效地實(shí)現(xiàn)所需功能。

2.3 基于RFID技術(shù)和紅外光柵探測(cè)器的智能門禁系統(tǒng)

本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用兩組紅外光柵探測(cè)器判別人員進(jìn)出小室的方向和進(jìn)入小室的人員數(shù)目；采用安全帽、絕緣鞋上粘貼RFID標(biāo)簽配合RFID讀卡器的方式判別進(jìn)入小室的工作人員是否穿戴安全帽、絕緣鞋；采用光纖或無(wú)線通信技術(shù)把監(jiān)測(cè)到的違章信息傳送到后臺(tái)系統(tǒng)。整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 智能門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

如圖1所示，當(dāng)有工作人員進(jìn)入小室時(shí)，數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)紅外光柵探測(cè)器被遮擋的次數(shù)記錄進(jìn)入人員的數(shù)目；當(dāng)進(jìn)入人員經(jīng)過(guò)RFID讀卡區(qū)域時(shí)，RFID讀卡器會(huì)讀取安全帽上的RFID標(biāo)簽并上傳給數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)記錄進(jìn)入人員的數(shù)目和讀到的RFID標(biāo)簽數(shù)目判斷是否穿戴安全帽、絕緣鞋。如果判斷出該作業(yè)人員未穿戴安全帽、絕緣鞋，現(xiàn)場(chǎng)裝置發(fā)出聲音、閃光提示作業(yè)人員檢查自己的勞動(dòng)防護(hù)用具，同時(shí)上傳違章信息至后臺(tái)。監(jiān)盤人員可根據(jù)系統(tǒng)違章信息記錄，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)，采取有效處理措施。針對(duì)作業(yè)人員靠近但未經(jīng)過(guò)小室門口的情況，即該裝置只檢測(cè)到RFID標(biāo)簽但未遮擋紅外光柵探測(cè)器時(shí)，裝置則不會(huì)發(fā)出任何信號(hào)。

2.4 智能門禁系統(tǒng)工作流程

實(shí)際工作時(shí)，紅外格柵傳感器根據(jù)紅外線被阻擋的次數(shù)記錄進(jìn)出人員數(shù)量，一次阻擋默認(rèn)為一人進(jìn)出；RFID讀卡器讀取識(shí)別不同的預(yù)置電子標(biāo)簽，其中安全帽、絕緣鞋上的電子標(biāo)簽內(nèi)置不同的信息；紅外格柵傳感器和RFID讀卡器分別將檢測(cè)到的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)處理模塊，該模塊比較單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出人員數(shù)量和檢測(cè)到的電子標(biāo)簽數(shù)量，若數(shù)量一致，系統(tǒng)判斷進(jìn)出人員穿戴了安全帽、絕緣鞋。否則，判定有人未穿戴安全帽、絕緣鞋，進(jìn)而向后臺(tái)傳送此次違反安全規(guī)定的信息，具體流程如圖2所示。

圖2 智能門禁系統(tǒng)邏輯流程圖

3 應(yīng)用效果

基于RFID和紅外線技術(shù)的變電站智能門禁系統(tǒng)在國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司銀川東±660kV換流站進(jìn)行了實(shí)際安裝、使用，產(chǎn)生如下使用效果：

1）系統(tǒng)自動(dòng)記錄了人員進(jìn)出繼電保護(hù)小室的信息，如人員身份、出入時(shí)間等；

2）系統(tǒng)能準(zhǔn)確識(shí)別人員是否穿戴安全帽、絕緣鞋，對(duì)違規(guī)人員及時(shí)發(fā)出提醒，保障了作業(yè)人員的安全；

3）系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高，使運(yùn)維監(jiān)盤人員能專注電網(wǎng)、生產(chǎn)設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于RFID和紅外線技術(shù)的變電站智能門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝使用，準(zhǔn)確率高，運(yùn)行穩(wěn)定。該系統(tǒng)能夠滿足日趨嚴(yán)格的安全生產(chǎn)管理要求，并可提高運(yùn)維人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的行為管控程度，特別適合于變電站、發(fā)電廠等電力生產(chǎn)場(chǎng)所。

[1]何滔. RFID在智能門禁系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2013(10):74-75.

[2]劉新躍. 基于RFID的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].成都大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012(3):261-263.

[3]孟偉冬,阮水清,周旋.RFID和ETC技術(shù)在門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代, 2013(2) :32-33.

2017-06-09）